Aplicando la ciencia de la computación de vanguardia a una gran cantidad de nuevos datos astronómicos, los investigadores del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) informaron hoy la primera detección robusta de aumento cósmico a gran escala, una predicción de la Teoría general de la relatividad de Einstein aplicada a la distribución de galaxias. , materia oscura y quásares distantes.
Estos hallazgos, aceptados para su publicación en The Astrophysical Journal, detallan las sutiles distorsiones que sufre la luz a medida que viaja desde los quásares distantes a través de la red de materia oscura y galaxias antes de llegar a los observadores aquí en la Tierra.
El descubrimiento de SDSS pone fin a un desacuerdo de dos décadas entre mediciones de aumento anteriores y otras pruebas cosmológicas de la relación entre galaxias, materia oscura y la geometría general del universo.
"La distorsión de las formas de las galaxias de fondo debido a la lente gravitacional se observó por primera vez hace más de una década, pero nadie había podido detectar de manera confiable la parte de aumento de la señal de la lente", explicó el investigador principal Ryan Scranton de la Universidad de Pittsburgh.
A medida que la luz hace su viaje de 10 mil millones de años desde un quásar distante, es desviada y enfocada por la atracción gravitacional de la materia oscura y las galaxias, un efecto conocido como lente gravitacional. Los investigadores del SDSS midieron definitivamente el ligero brillo o "aumento" de los quásares y conectaron el efecto con la densidad de las galaxias y la materia oscura a lo largo del camino de la luz del quásar. El equipo de SDSS ha detectado este aumento en el brillo de 200,000 quásares.
Si bien la lente gravitacional es una predicción fundamental de la relatividad general de Einstein, el descubrimiento de la colaboración SDSS agrega una nueva dimensión.
"Observar el efecto de aumento es una confirmación importante de una predicción básica de la teoría de Einstein", explicó el colaborador de SDSS Bob Nichol en la Universidad de Portsmouth (Reino Unido). "También nos da una verificación de consistencia crucial en el modelo estándar desarrollado para explicar la interacción de galaxias, cúmulos de galaxias y materia oscura".
Los astrónomos han estado tratando de medir este aspecto de la lente gravitacional durante dos décadas. Sin embargo, la señal de aumento es un efecto muy pequeño, tan pequeño como un pequeño aumento en la luz proveniente de cada cuásar. La detección de un cambio tan pequeño requería una muestra muy grande de cuásares con mediciones precisas de su brillo.
"Si bien muchos grupos han reportado detecciones de aumento cósmico en el pasado, sus conjuntos de datos no eran lo suficientemente grandes o precisos como para permitir una medición definitiva, y los resultados fueron difíciles de conciliar con la cosmología estándar", agregó Brice Menard, investigador del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, NJ.
El avance se produjo a principios de este año utilizando una muestra calibrada con precisión de 13 millones de galaxias y 200,000 cuásares del catálogo SDSS. Los datos totalmente digitales disponibles del SDSS resolvieron muchos de los problemas técnicos que plagaron los intentos anteriores de medir el aumento. Sin embargo, la clave de la nueva medición fue el desarrollo de una nueva forma de encontrar cuásares en los datos del SDSS.
"Tomamos ideas de vanguardia del mundo de la informática y las estadísticas y las aplicamos a nuestros datos", explicó Gordon Richards, de la Universidad de Princeton.
Richards explicó que mediante el uso de nuevas técnicas estadísticas, los científicos del SDSS pudieron extraer una muestra de cuásares 10 veces más grande que los métodos convencionales, lo que permitió la extraordinaria precisión requerida para encontrar la señal de aumento. "Nuestra detección clara de la señal de lente no podría haberse hecho sin estas técnicas", concluyó Richards.
Observaciones recientes de la distribución a gran escala de galaxias, el fondo cósmico de microondas y las supernovas distantes han llevado a los astrónomos a desarrollar un "modelo estándar" de cosmología. En este modelo, las galaxias visibles representan solo una pequeña fracción de toda la masa del universo, el resto está hecho de materia oscura.
Pero para conciliar las mediciones previas de la señal de aumento cósmico con este modelo, se requieren suposiciones inverosímiles sobre cómo se distribuyen las galaxias en relación con la materia oscura dominante. Esto llevó a algunos a concluir que la imagen cosmológica básica era incorrecta o al menos inconsistente. Sin embargo, los resultados SDSS más precisos indican que los conjuntos de datos anteriores probablemente no estuvieron a la altura de la medición.
"Con los datos de calidad del SDSS y nuestro método mucho mejor de selección de cuásares, hemos solucionado este problema", dijo Scranton. "Nuestra medida está de acuerdo con el resto de lo que nos dice el universo y se resuelve el desacuerdo persistente".
"Ahora que hemos demostrado que podemos hacer una medición confiable de la ampliación cósmica, el siguiente paso será usarla como una herramienta para estudiar la interacción entre galaxias, materia oscura y luz con mucho mayor detalle", dijo Andrew Connolly de la universidad de Pittsburgh.
Fuente original: Comunicado de prensa de SDSS
